ES2924681T3

ES2924681T3 - Procedimiento para la verificación del estado de sujeción durante la fase de aceleración

Info

Publication number: ES2924681T3
Application number: ES20166854T
Authority: ES
Inventors: Sprang Joachim Van; Harald Weing
Original assignee: Franz Kessler GmbH
Current assignee: Franz Kessler GmbH
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2022-10-10
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: EP3889706B1; US11618119B2; CN113458868A; EP3889706A1; US20210299808A1

Abstract

Se propone un método para comprobar el estado de sujeción de un portaherramientas o herramienta sujeta en un dispositivo de sujeción de herramientas de una unidad de rotor (3) de una unidad de máquina herramienta accionada por motor (1), mediante la medición de la distancia (u) del sensor cabeza (5) de una parte de la unidad de rotor (3). , con un registro de al menos una secuencia temporal y/o posicional (20, 21) de los valores de distancia medidos con el cabezal sensor (5), con el registro de una primera y una segunda secuencia temporal y/o secuencia relacionada con la posición durante una aceleración de la La unidad de rotor (3) gira con respecto a la unidad de estator (2), en particular cuando la unidad de rotor se pone en marcha, con la secuencia relacionada con el tiempo y/o la posición. información relacionada de los vectores de secuencia de la primera y/o segunda secuencia siendo escalada usando la respectiva velocidad actual asignada (v0). se convierte en (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la verificación del estado de sujeción durante la fase de aceleración

La invención se refiere a un procedimiento para verificar el estado de sujeción de un portaherramientas sujeto o de una herramienta sujeta en un dispositivo de sujeción de herramienta de una unidad de rotor según el preámbulo de la reivindicación 1.

Por el estado de la técnica se conoce, por ejemplo, por el documento EP 3 581 328 A1 un procedimiento para verificar un estado de sujeción en el caso de una unidad de máquina herramienta en el que a través de un cabezal de sensor dispuesto en una posición fija se mide la distancia con respecto a la unidad de rotor. A este respecto p.ej., antes del mecanizado de la pieza de trabajo, durante un periodo determinado, se toma y se evalúa una sucesión en el tiempo de valores de medición para poder constatar un error de juego axial a partir de esto. Además se conocen otros dispositivos para comprobar la exactitud de husillos de trabajo en máquinas herramienta, por ejemplo, por el documento EP 2 312 270 A1 con un sistema de medición de longitud que presenta una barra de vidrio que lleva una marca y un dispositivo de lectura, o un dispositivo para identificar cuerpos extraños en el intersticio entre herramienta y husillo, tal como se presenta en el documento DE 10 2006 016 919 A1.

El objetivo de la invención es poder proponer un procedimiento para verificar el estado de sujeción que pueda integrarse de manera más sencilla en el proceso de mecanizado.

Este objetivo se consigue, partiendo de un procedimiento del tipo mencionado al principio, mediante las características caracterizadoras de la reivindicación 1.

Mediante las medidas mencionadas en las reivindicaciones dependientes, son posibles realizaciones ventajosas y perfeccionamientos de la invención. El procedimiento para verificar el estado de sujeción según la invención se caracteriza por que en la medición propiamente dicha básicamente ya no se produce ninguna pérdida de tiempo y puede llevarse a cabo una medición sin restricciones, por ejemplo, también después de cada cambio de herramienta o cambio de portaherramientas. De este modo puede integrarse también de manera más sencilla en el proceso de mecanizado, especialmente porque no es necesario prever expresamente un periodo en el que únicamente pueda o deba realizarse el procedimiento de verificación.

Inicialmente la invención se orienta a una unidad de máquina herramienta accionada por motor que comprende una unidad de estator y una unidad de rotor, en donde la unidad de rotor está alojada de manera giratoria alrededor de un eje de giro. La unidad de rotor que se gira con respecto a la unidad de estator pertenece por regla general a un accionamiento de husillo a motor. La herramienta de arranque de virutas (fresa, broca etc.) propiamente dicha se retiene o se asegura en un portaherramientas, que a su vez está dispuesto en un dispositivo de sujeción de herramienta, que se considera como parte de la cabeza de husillo de la unidad de rotor. El dispositivo de sujeción de herramienta presenta para este fin un soporte para un portaherramientas. El dispositivo de sujeción de herramienta se somete a una fuerza de sujeción y se regula en dirección longitudinal del eje de giro. Una parte del dispositivo de sujeción puede llevarse a este respecto por ejemplo a un alojamiento que se estrecha, de modo que el portaherramientas o la herramienta pueda apretarse a su vez, entre otros, con una fuerza que actúa radialmente. Al desprender la fuerza de sujeción la herramienta asegurada se desprende de nuevo y puede extraerse de la máquina herramienta o cambiarse.

Además está previsto un dispositivo de verificación para verificar el estado de sujeción de la herramienta o portaherramientas que presenta uno o varios cabezales de sensor para la detección con sensores. Por regla general el uso de un cabezal de sensor individual es suficiente. El sensor propiamente dicho está alojado en el cabezal de sensor; el sensor mide su distancia con respecto a la unidad de rotor, en donde el propio sensor está dispuesto en la unidad de estator de manera correspondiente. Los datos de sensor se procesan o se evalúan con una unidad electrónica o un sistema electrónico de evaluación que puede controlarse por ordenador.

El al menos un cabezal de sensor está dispuesto en principio en la unidad de estator en una posición fija en la zona del dispositivo de sujeción de herramienta y puede medir, tanto en el lado frontal en la cabeza de husillo en rotación, como lateralmente. Las deformaciones que resultan a asegurar la herramienta o el portaherramientas debido a virutas atrapadas, una herramienta, portaherramientas o similares que se asientan inclinado, aparecen particularmente en la zona de la interfaz de herramienta o en el portaherramientas.

En principio, sin embargo, los cabezales de sensor pueden estar dispuestos también con posición variable. Por regla general, por ejemplo, una viruta atrapada en el dispositivo de sujeción de herramienta que ha ido a parar entre la herramienta y el dispositivo de sujeción de herramienta o las mordazas de sujeción hace que la herramienta deje de asentarse recta en el dispositivo de sujeción de herramienta o que el dispositivo de sujeción de herramienta se deforme ligeramente (también de manera elástica) y ya no pueda garantizarse una concentricidad estable, un juego axial estable de la herramienta / portaherramientas o un funcionamiento sin modificación angular. Una alteración de la concentricidad representa por regla general una influencia negativa en el mecanizado. Las deformaciones de este tipo aparecen en general tanto lateralmente como en el lado frontal, y en principio pueden detectarse también allí. En el lado frontal se mide una distancia en paralelo al eje de giro, lateralmente una distancia que discurre radialmente al eje de giro. Todas las deformaciones de este tipo, incluidos los desplazamientos de la unidad de rotor, pueden constatarse de este modo.

Una medición puede realizarse en principio en un ángulo de 90° con respecto a la superficie y/o al eje de giro de la unidad de rotor, pero también en un ángulo que se desvíe de este.

Precisamente en máquinas herramienta se imponen altas exigencias en la exactitud de mecanizado. La herramienta durante el mecanizado debe estar insertada en una forma definida con exactitud en el portaherramientas o en el dispositivo de sujeción de herramienta y debe moverse para que la pieza de trabajo que va a mecanizarse se mecanice dentro del límite de tolerancias especificado. También cuando la máquina herramienta, y en particular el dispositivo de sujeción de herramienta, están fabricados con la precisión necesaria durante la utilización de la máquina, se añaden factores adicionales que pueden impedir que se siga dando una concentricidad / juego axial definidos o que no se produzca ningún error angular. En el funcionamiento de la máquina, las virutas que se producen en el mecanizado en el dispositivo de sujeción de herramienta, en el portaherramientas o en la herramienta pueden quedar adheridas y hacer que en un cambio de herramienta la nueva herramienta no pueda sujetarse en la posición teórica propiamente dicha. Se cumple algo análogo en el cambio de portaherramientas. Durante la sujeción, en su lugar se producen fuerzas de compresión en puntos locales en los cuales p.ej. está fijada una viruta entre herramienta y portaherramientas o entre portaherramientas y dispositivo de sujeción de herramienta. Es concebible también que el portaherramientas se retraiga en el dispositivo de sujeción de herramienta de modo que su posición de retracción, es decir su posición en la dirección del eje de giro se haya modificado con respecto a situaciones de montaje anteriores.

Dado que las virutas a veces son muy pequeñas, estos errores con frecuencia son difíciles de constatar y aparecen también casualmente cuando el portaherramientas u otras zonas de la máquina herramienta se han limpiado del modo habitual después de un proceso de mecanizado. No obstante, los errores de juego axial o excentricidad o errores de posición angular de la herramienta pueden llevar a que la pieza de trabajo después del mecanizado se sitúe fuera de los límites de tolerancia.

El cabezal de sensor mide una sucesión de valores de distancia referente al tiempo o a la posición. Si el cabezal de sensor registra una sucesión temporal de valores de distancia entonces, esta, por regla general es al mismo tiempo una sucesión referente a la posición porque la unidad de rotor se gira en un orden temporal, salvo que entre la toma de valores de medición individuales siempre se recorra exactamente una vuelta completa o varias vueltas enteras.

En general según la invención no solo pueden determinarse variaciones del juego axial sino por ejemplo también de la posición angular y en la concentricidad.

El procedimiento según la invención se caracteriza por que se especifica al menos una marca en la unidad de rotor o en otro lugar sobre el árbol de rotor. Esto permite que también, en el caso de una velocidad de giro desconocida o velocidad angular, puede emplearse una marca de referencia y pueda detectarse de manera inequívoca cuándo se ha recorrido exactamente una vuelta de la unidad de rotor. Esto es ventajoso en particular cuando, independientemente de otros sensores, debe determinarse un error de juego axial o error angular sin que en la valoración se incluya un codificador rotatorio separado. Esta marca puede detectarse al mismo tiempo preferiblemente por el cabezal de sensor o los cabezales de sensor en la operación de medición propiamente dicha. Por lo tanto para ello en principio no se requiere ningún sensor adicional. Sin embargo, es concebible también que un sensor adicional se facilite para la detección independiente de la marca, en particular cuando la medición de distancia deba seguir siendo independiente de la detección de marca.

Existe también la opción de instalar en una variante de la invención más de una marca, en particular en el anillo medidor. De este modo pueden obtenerse también otras informaciones mediante la medición que p.ej. permitan registrar la dirección de giro, orientación de señal o una sincronización. Para obtener informaciones adicionales en el registro de la marca la marca puede presentar p.ej. también una forma especial, p.ej. un trapecio oblicuo, de modo que a partir de esto pueda detectarse la dirección de giro.

Dado que mediante la marca también puede registrarse la velocidad actual de la unidad de rotor, esta puede influir de manera relevante también en la exactitud de la medición de errores según el procedimiento según la invención. Mientras que antes era necesario llevar a cabo esta medición con una velocidad de giro constante para poder comparar los valores de medición entre sí de manera correspondiente y poder relacionarlos, la invención se orienta a ahorrar este periodo por lo demás necesario y, por ejemplo, a poder llevar a cabo una medición relevante durante la fase de aceleración de la unidad de rotor, en particular en el arranque de la unidad de rotor de la máquina herramienta.

En el arranque de la máquina se realiza una aceleración de la unidad de rotor con respecto a la unidad de estator. Durante este periodo ahora se aplica el procedimiento según la invención. A este respecto se toma una primera o segunda sucesión de valores de distancia por regla general fuera de la zona de marca. Sin embargo, dado que estas mediciones se realizan durante una fase de aceleración de la rotación de la unidad de rotor estos valores de distancia no pueden relacionarse inicialmente sin más porque el muestreo en el tiempo por regla general se realiza con una frecuencia de reloj especificada, es decir, en los mismos lapsos, la unidad de rotor acelerada sin embargo se gira entre dos ciclos consecutivos de forma diferente y por lo tanto las posiciones, en particular en al menos dos sucesiones de mediciones, ya no coinciden.

La relación distancia-tiempo o ángulo-tiempo se describe de la siguiente manera:

s(t) = 0,5at2 v⁰t,

en donde s(t) es el recorrido realizado dependiente del tiempo, en el periodo t o la zona angular explorada den el periodo t, a la aceleración, v⁰la velocidad actual en el momento contemplado al principio del periodo t.

Se toman según la invención sucesiones de valores de medición. A este respecto se determina la distancia del cabezal de sensor fijado en la unidad de estator con respecto a la unidad de rotor y se mide si esta distancia se modifica en el giro de la unidad de rotor. Para poder comparar las sucesiones entre sí en cada caso o evaluar los datos (p.ej. poder sustraer las sucesiones), a los valores de distancia deben poder asociarse las posiciones respectivas. Sin embargo, por regla general se mide el tiempo durante la toma de los valores de distancia.

La unidad de rotor se acelera inicialmente en el arranque de la máquina. Esta aceleración puede realizarse esencialmente de manera uniforme, es decir a es esencialmente constante. Sin embargo, precisamente en el arranque de la unidad de rotor, en principio tampoco hay fases de aceleración constantes.

Al comienzo del proceso de arranque por regla general la aceleración durante un periodo determinado no es constante. La velocidad de giro en función del tiempo en esta zona está ligeramente curvada hacia la izquierda, la denominada pendiente S, es decir, la unidad de rotor arranca con algo más de lentitud para que el arranque tenga lugar sin sacudidas. Se habla también de una denominada limitación de sacudidas. Por lo tanto es ventajoso no medir desde la parada sino más bien en una zona de aceleración aproximadamente constante.

Para cada sucesión puede formarse en correspondencia una cantidad de vectores de sucesión que:

- contienen el valor de distancia medido,

- la información de tiempo en el momento de la medición del valor de distancia y

- un valor de velocidad, la velocidad denominada actual; si la unidad de rotor se acelera y la medición de velocidad se realiza a lo largo de un determinado periodo, entonces por regla general los mismos valores de velocidad actuales asociados coinciden también en al menos dos vectores de sucesión.

Un ajuste a escala se lleva a cabo según la invención matemáticamente con la condición de que en el caso de dos mediciones en sucesión rápida en el tiempo pueda dejarse a un lado la componente cuadrático de la ecuación de movimiento, es decir, que expresa el porcentaje angular que va a atribuirse a la aceleración.

Una linealización de este tipo es posible cuando el periodo entre la medición de dos valores de distancia se selecciona solo pequeño. Por consiguiente a la primera y segunda sucesión se asocia la velocidad actual, aunque una de las mediciones se realice más tarde y el valor de velocidad real se desvíe del valor actual asociado. Dado que el término en el que se incluye el tiempo en cuadrado y que describe la aceleración se omite, por consiguiente es posible un ajuste a escala lineal mediante la velocidad en condiciones matemáticas dadas. La medición puede llevarse a cabo por consiguiente por ejemplo también durante la fase de arranque de la máquina. El periodo que requiere la máquina para el arranque, ya sea un periodo corto o uno largo siempre debe esperarse dado que en este periodo por regla general todavía no se han alcanzado las especificaciones exactas para el proceso de mecanizado (por ejemplo, la velocidad de giro de la herramienta). No obstante, es especialmente ventajoso cuando ya en el arranque de la unidad de rotor puede constatarse si, por ejemplo, se presenta un error de juego axial o excentricidad o un error angular porque por lo tanto también, dado el caso, el proceso puede interrumpirse y antes de un mecanizado puede llevarse a cabo una limpieza o nuevo posicionamiento de la herramienta. En el caso de un cambio de herramienta p.ej. cabe contar por regla general con que se realice una modificación del juego axial, de la concentricidad o de la posición angular. Si esta desviación aumenta de modo que supere un umbral (dado el caso predefinido) se presenta un fallo.

Mediante el procedimiento según la invención también el tiempo de producción puede incrementarse, lo que está asociado directamente a ventajas en los costes. De manera especialmente ventajosa la unidad de rotor durante toda la toma de valores de medición se acelera uniformemente. También esto simplifica de nuevo la valoración, en donde la aproximación únicamente consiste en dejar de lado la parte de aceleración del diagrama de distancia o ángulo-tiempo. Esto es posible porque los valores de medición medidos consecutivamente se toman en sucesión muy rápida, y por consiguiente, su distancia en el tiempo o distancia angular solo es reducida, es decir, el término de aceleración, en función del tiempo al cuadrado con una aceleración constante, se reduce en correspondencia de manera insignificante.

En el caso de un ejemplo de realización de la invención se efectúa por lo tanto el ajuste a escala teniendo en cuenta la aceleración al determinarse velocidades actuales en distintos momentos y el periodo entre las mediciones de velocidad. Al pasar por alto el término de aceleración, el diagrama de distancia-tiempo o diagrama ángulo-tiempo contiene un término lineal que depende linealmente del tiempo y en el que como constante incluye la velocidad (velocidad orbital o velocidad angular), no la aceleración. La velocidad actual puede determinarse de manera distinta en función de la forma de realización de la invención. Puede ser apropiado por ejemplo determinar la velocidad actual mediante la marca al medirse el tiempo entre dos detecciones consecutivas de la marca mediante el cabezal de sensor. Una medición de este tipo es más precisa cuando la marca solo constituye una sección comparativamente estrecha en un segmento angular y, en caso ideal, representa una marca con puntos. Además es concebible configurar la marca de modo que esta adopte una sección de arco circular especificada y se determina el tiempo en el que la marca que se extiende a través de una sección angular conocida previamente atraviesa el cabezal de sensor.

Si por ejemplo está prevista una única marca, es decir, por cada vuelta el cabezal de sensor es atravesado exactamente una vez por la marca, entonces se realiza una medición de velocidad actual al determinarse en cierto modo una velocidad actual con una imprecisión de una variación de velocidad dentro de una vuelta. Por lo tanto, no se consideran las diferencias debido a la aceleración dentro de este periodo de una vuelta. A la inversa, la medición es más exacta en correspondencia cuando la marca solo constituye una fracción del total de la velocidad de rotación de 360° y por ejemplo se determina cuándo la parte delantera de la marca en la dirección de rotación llega a la zona del cabezal de sensor y la parte de la marca trasera en la dirección de rotación atraviesa a continuación el cabezal de sensor.

Por ejemplo la marca de una variante de realización de la invención puede estar configurada como ranura, por ejemplo en un anillo medidor instalado expresamente para ello en la unidad de rotor, de modo que las zonas fuera de la ranura y dentro de la ranura presentan diferentes valores de distancia. Entonces se miden por ejemplo los flancos que aparecen en los bordes de la ranura y los valores de distancia medidos por el cabezal de sensor se modifican de manera correspondiente, la ranura puede presentar flancos inclinados o que discurren en principio en perpendicular o radialmente hacia el eje de giro.

De manera correspondiente, el curso en la medición de los valores de distancia puede seguirse mediante el cabezal de sensor. En función de la velocidad angular actual o velocidad orbital cabe observar la aparición de los flancos en intervalos de tiempo más cortos o más largos. En particular, en el caso de un alto número de revoluciones puede efectuarse una aproximación que permita una linealización de modo que, por ejemplo, los valores de medición de la primera o segunda sucesión de valores de medición temporal y/o referente a la posición se efectúan dentro de una vuelta de la unidad de rotor. En este caso se supone que la velocidad permanece constante dentro de la vuelta. Precisamente en el caso de números de revoluciones elevados, como los que aparecen en máquinas herramienta, esta aproximación es absolutamente propensa a errores menores. En particular, al final de la fase de arranque cabe esperar velocidades angulares más altas de modo que la medición con la estimación efectuada en esta zona es más exacta que al comienzo de la fase de arranque.

Con la detección de los flancos en los bordes de una marca, que cubre una determinada sección angular, esta se divide en cierto modo en marcas parciales de modo que por ejemplo puede constatarse con el cabezal de sensor cuándo la marca llega a la zona del cabezal de sensor y abandona de nuevo la zona del cabezal de sensor. Así, puede medirse por ejemplo cuándo la marca llega en cada caso a la zona del cabezal de sensor y el primer flanco se registra mediante el cabezal de sensor. A este respecto en cada caso el periodo situado entre dos eventos de medición en los que aparece la marca y en cada caso presenta el mismo valor de distancia. Análogamente pueden emplearse momentos cuando la marca se desplaza de nuevo fuera de la zona del cabezal de sensor. De este modo puede efectuarse una estimación de errores porque de este modo para cada punto de medición, es decir, para los dos puntos en los que se presenta el mismo valor de distancia puede determinarse una velocidad actual, pero al mismo tiempo también puede medirse el periodo situado entre ambos puntos.

Las velocidades respectivas pueden determinarse, como ya se ha representado anteriormente, es decir, mediante una marca extendida a través de una zona angular determinada o mediante la aparición de la misma marca después de una vuelta. De este modo se estima cómo varía la velocidad con el tiempo, de modo que a partir de esto se estima un error que aparece en la aproximación cuando en el caso de puntos consecutivos en el tiempo se parte del hecho de que el término aceleración puede dejarse de lado.

De este modo puede determinarse ventajosamente también la exactitud de trabajo del procedimiento y dado el caso adaptarse en correspondencia. En una forma de aplicación ventajosa de la invención pueden emplearse sucesiones de valores de distancia temporales o referentes a la posición como medición de referencia. Por ejemplo es concebible medir de manera correspondiente una máquina herramienta nueva, un portaherramientas nuevo, una nueva herramienta en los que todavía no se haya tomado ninguna viruta debido a un proceso de mecanizado, y tomar como referencia una primera sucesión de valores de medición. Es concebible también dejar recorrer la unidad de rotor con el portaherramientas limpio después de un proceso de limpieza para producir una medición de referencia correspondiente. Cualquier desviación de la medición de referencia puede constatarse por consiguiente, y se valora después si la desviación es tan grande que se presenta una excentricidad, un juego axial modificado o un error angular. De este modo puede mejorarse claramente la precisión del mecanizado. La medición de la situación operativa representa la medición comparativa que se refiere a la medición de referencia.

En una sucesión de valores de distancia la marca puede establecerse en particular como punto inicial para poder asociar en particular en la obtención de la diferencia y/o la transformada de Fourier los valores de distancia en sucesión diferente entre sí. En este sentido es ventajosa una medición de referencia dado que mediante la propia medición puede constatarse cuándo se ha realizado una vuelta completa. Esto es en particular ventajoso entonces cuando el procedimiento se lleva a cabo sin que por otros sensores o por el control de máquina se suministren valores sobre la velocidad o velocidad de giro momentánea al sistema electrónico de evaluación, sino que únicamente se determinen los valores del cabezal de sensor o de los cabezales de sensor.

En principio en una vuelta puede tomarse completamente el perfil de distancia en sí. Sin embargo se presentan números de revoluciones muy altos, y por regla general puede medirse ventajosamente también con una frecuencia de muestreo comparativamente alta. Si, por ejemplo, a consecuencia de una viruta o a consecuencia de una herramienta/ portaherramientas sujeta / montada de manera ladeada se presenta un error de juego axial o un error angular en el que, por ejemplo, la herramienta está inclinada con respecto al eje de giro entonces podrá constatarse una desviación que aparece periódicamente. Para poder evaluar esta es apropiado por tanto ejecutar una transformada de Fourier de la señal que se lleve a cabo en particular para simplificar la valoración como transformada de Fourier discreta, preferiblemente como FFT o DFT. Para ello los valores de la primera y de la segunda sucesión pueden sustraerse unos a otros, en donde para ello las posiciones de las mediciones de distancia deben coincidir. Sin embargo, una obtención de la diferencia de este tipo puede realizarse también según la transformada de Fourier de las sucesiones respectivas. En el caso ideal, todos los valores de distancia serían idénticos de modo que en comparación con la medición de referencia no se presente ningún juego axial modificado, ningún efecto negativo en la concentricidad o ninguna posición angular modificada. Sin embargo, debido a fallos estadísticos y sistemáticos, solo en la medición no cabe esperar que el cabezal de sensor también siempre mida con exactitud los mismos valores de distancia sin juego axial modificado, sin posición angular modificada o sin excentricidad.

Si los valores de distancia presentan irregularidades, en particular singularidades entonces estas pueden constatarse en correspondencia dado que se detectan periódicamente, y a estas puede asociarse por consiguiente también una frecuencia que ha de determinarse mediante la transformada de Fourier. Es concebible también que se efectúe un valor promedio de la sucesión temporal o referente a la posición con obtención de la diferencia subsiguiente entre valores promedio.

En función de qué tipo de error (error de juego axial con deformación local o error angular con modificación regular de la distancia) se presente, esto puede llevar también a patrones de detección que, si se conocen, dan información sobre el tipo de error del que se trata, de sí por ejemplo una viruta está atrapada, de dónde puede encontrarse o de si la herramienta o el portaherramientas está ladeado, etc. Para este fin pueden utilizarse métodos de inteligencia artificial, en particular el aprendizaje automático para poder detectar y valorar los tipos de los errores correspondientes, ya sea un juego axial o un error angular. También el empleo de redes neuronales es posible en este sentido. Esta medida hace posible ventajosamente que no solo se reconozca la aparición de un fallo sino también pueda determinarse con más detalle en qué consiste el fallo en realidad de modo que finalmente se haga posible una reparación, por ejemplo mediante una limpieza precisa de la máquina. Los tiempos de parada de la máquina pueden reducirse esencialmente por ello. En el caso de una viruta atrapada ha de contarse en particular con el hecho de que partes del portaherramientas o también del dispositivo de sujeción de herramienta están deformadas en lugares discretos. En la sucesión de valoración puede buscarse por consiguiente modificaciones en la señal de medición, es decir, valores de distancia modificados temporales o referidos a la posición.

Sin embargo cabe considerar cada medición en principio también con errores. Cuanto más exactas sean las mediciones y más alta sea la frecuencia de muestreo con la que se mide, más habrá que contar con que en el caso de un juego axial suficiente no siempre se miden los mismos valores de distancia durante una vuelta. Por lo tanto es ventajoso poder estimar tolerancias. En particular puede fijarse un valor umbral a partir del cual en realidad se parte del hecho de que una viruta está atrapada u otro error contribuye a una desviación del juego axial o a una concentricidad o lleva a un error angular que en realidad debe corregirse también. En este sentido las variaciones de este tipo en las mediciones pueden compararse ventajosamente con respecto a un valor umbral predeterminado.

En el caso de un ejemplo de realización de la invención, en la sucesión de valoración, en particular en la transformada de Fourier en el caso de un valor de frecuencia correspondiente al número de revoluciones por unidad de tiempo de la unidad de rotor pueden compararse valores de diferencia de las distancias con un valor umbral. En el caso de la superación del valor umbral se supone un error de juego axial / excentricidad / error angular porque, por ejemplo, una viruta que está atascada en el dispositivo de sujeción o entre portaherramientas y herramienta ha llevado a una deformación local.

Además, en el caso de una variante de realización de la invención, a partir de la diferencia de dos de las sucesiones temporales o con respecto a la posición puede determinarse un traslado de la unidad de rotor o del eje de giro. Este traslado puede repercutir por ejemplo en el sentido de que la herramienta se coloque sobre la pieza de trabajo más temprano o más tarde de lo pensado o de lo que está previsto por los controles de máquina. Esto puede influir de manera correspondiente en la exactitud de mecanizado aunque la herramienta o el portaherramientas no esté ladeado. Las modificaciones de este tipo pueden aparecer cuando la herramienta / el portaherramientas por ejemplo se retira también sin error angular. En el caso de desviaciones de este tipo la herramienta sobresale adicionalmente del portaherramientas o el portaherramientas sobresale del dispositivo de sujeción o se fija en cada caso en este con más profundidad.

Además el procedimiento correspondiente puede utilizarse en principio también en parada, cuando se comparan entre sí traslados correspondientes, por ejemplo antes y después del cambio de herramienta o cambio de portaherramientas.

Ejemplos de realización:

Los ejemplos de realización están representados en los dibujos y se explican detalladamente a continuación indicando detalles y ventajas adicionales.

Individualmente muestran:

la figura 1: una representación esquemática de una unidad de máquina herramienta según la invención,

la figura 2: una representación esquemática de un fragmento del procedimiento de verificación según la invención para verificar el estado de sujeción,

la figura 3: una representación de una imagen de deformación como resultado de valoración,

la figura 4: un diagrama para la dependencia de la velocidad de giro con respecto al tiempo para la representación del arranque de la unidad de rotor,

la figura 5: una ranura instalada en el anillo medidor, orientada radialmente,

la figura 6: un diagrama de distancia-tiempo durante la detección de una ranura, así como

la figura 7: una ilustración de una estimación de errores mediante el diagrama de distancia-tiempo.

La figura 1 muestra una representación esquemática de una unidad de máquina herramienta 1 con una unidad 2 de estator y una unidad 3 de rotor, en donde en la figura 1 puede verse sobre todo la cabeza de husillo como parte de la unidad 3 de rotor. La unidad 2 de estator presenta un anillo 4 en el que un cabezal de sensor está instalado en forma de un sensor axial 5. La unidad 3 de rotor comprende un anillo medidor 6 de un metal que en este caso está fabricado ventajosamente de un material paramagnético. El sensor axial 5 está dispuesto de modo que mide la distancia con respecto a una superficie frontal de la unidad 3 de rotor. Es concebible también sin embargo una medición lateral, radial con respecto al eje de giro. Esta superficie respecto a la cual se determina la distancia se encuentra sobre el anillo medidor 6. El sensor axial 5 está configurado como sensor de corriente de Foucault para poder recibir mediciones con la mayor exactitud posible a pesar de posibles contaminaciones.

El cabezal de sensor / sensor axial 5 está conectado con una unidad electrónica 7; ambos forman el dispositivo 8 de verificación que a su vez está conectado con el control 9 de máquina de modo que, dado el caso, para errores de juego axial demasiado grandes pueda intervenirse en el control.

En un perfeccionamiento especialmente preferido está previsto solo un cabezal 5 de sensor. Es concebible utilizar adicionalmente un sensor de disparo, p.ej. para detectar una marca de referencia óptica en el anillo medidor 6, en donde un sensor de disparo de este tipo puede instalarse por ejemplo también en el anillo sensor 4. La marca puede estar configurada también como ranura o similar. Con un sensor de disparo de este tipo se dispara ahora el punto inicial para las mediciones para que en la valoración puedan establecerse de manera más sencilla las relaciones de fase de los valores de medición entre sí. Un sensor de disparo no es absolutamente necesario y tampoco se representa adicionalmente en la figura 1.

La unidad de estator 2 comprende una cubierta 10 para el anillo sensor 4 y por lo demás una tapa de cojinete 11. En la unidad de rotor 3 está instalado un dispositivo de sujeción de herramienta 12 (en la figura 1 está representado un anillo cónico).

Con las herramientas disponibles que se sujetan en los portaherramientas, se toma una secuencia 20 de valores de medición de referencia en cada caso inicialmente con la nueva unidad de máquina herramienta 1. Esto puede realizarse en el lado de la fábrica o del cliente. Una medición de referencia puede realizarse también con herramienta o portaherramientas; esto sin embargo no es necesario sin más, pero aumenta en determinadas circunstancias la precisión de la medición y facilita dado el caso la detección también de pequeñas virutas en la zona de la interfaz de herramienta, precisamente cuando deben emplearse herramientas individuales o portaherramientas. Durante el funcionamiento se determina entonces más tarde una nueva sucesión 21 de valores de distancia en la misma herramienta / portaherramientas. Puede llevarse a cabo un conjunto de mediciones de referencia para distintas herramientas o portaherramientas; esta medida aumenta la exactitud de detección. Dado que las sucesiones 20, 21 se toman en el arranque de la unidad 1 de máquina, y por consiguiente durante la aceleración de la unidad 3 de rotor los datos de posición de los valores de distancia respectivos se ajustan a escala para poder compararse entre sí. En la figura 2 los valores están ajustados a escala correspondientemente ya para las sucesiones 20, 21. En la figura 2 se obtiene la diferencia 22. A continuación se realiza un análisis 23 de frecuencias de la señal en forma de una transformada de Fourier. Se comprueba (etapa de procedimiento 24), si en una frecuencia determinada se presenta una desviación, p.ej. en la frecuencia de rotación de la unidad de rotor 3 o en qué frecuencias aparecen modificaciones de este tipo. Si estas superan un valor umbral se presenta una magnitud perturbadora, p.ej. una deformación a consecuencia de una viruta atrapada en la zona de la interfaz (valoración de amplitud: etapa de procedimiento 25).

En la figura 3 se representan imágenes de deformación típicas, en donde en la representación A no se presenta ninguna viruta y la distribución de amplitud es esencialmente más regular en toda la zona angular, mientras que en la representación B una viruta está atrapada en el asiento de herramienta y provoca una clara inclinación unilateral modificada (entre las 10-11 horas así como 4-5 horas) con amplitudes (modificadas) más elevadas. De manera correspondiente puede determinarse también el valor umbral. En la representación C la viruta se encuentra en otra posición angular de modo que la representación C con respecto a la representación B se diferencia A^ principalmente en cuanto a la fase.

En el funcionamiento en serie la verificación de estado de sujeción puede llevarse a cabo en lapsos muy breves de la fase de arranque. En la figura 4 a modo de ejemplo en los primeros 300 ms se realiza una aceleración de la unidad de rotor durante la cual ya se lleva a cabo un registro de valores de medición. Se representa la velocidad de giro de la unidad de rotor en función del trascurso de tiempo t. La pendiente-S S muestra una curva ligeramente curvada hacia la izquierda, es decir un arranque lento para evitar movimientos a sacudidas. Una linealización no es útil en esta zona dado que la aceleración no es constante, y una aproximación al dejar de lado la parte de aceleración en general es demasiado imprecisa. Sin embargo, esencialmente se presenta una aceleración constante, es decir una dependencia lineal de la velocidad de giro del tiempo t. Si no puede constatarse ninguna desviación de juego axial el mecanizado puede realizarse. En caso contrario, según la invención debe frenarse por razones de seguridad. A partir de aproximadamente 300 ms para el mecanizado a modo de ejemplo se alcanza una velocidad de giro constante de aproximadamente 4000 vueltas por minuto.

En la figura 5 se representa un corte a través de una unidad de rotor 3 con un anillo medidor con ranura en la región lateral. En la representación ampliada se representan zonas marginales F1, F2 que pueden estar configuradas como flancos y que pueden tomarse en el caso de una frecuencia de muestreo correspondientemente alta. Por consiguiente, por ejemplo, una velocidad actual puede determinar también cuándo el cabezal de sensor toma los flancos correspondientes en el inicio y al final de la ranura N. Dado que se conoce la zona angular a través de la cual se extiende la ranura N también se conoce la distancia angular entre estos dos flancos de modo que únicamente debe determinarse el periodo entre la aparición de los flancos.

En la figura 6 están indicadas dos representaciones en las cuales se muestra el curso de la distancia medida u entre cabezal de sensor y unidad de rotor cuando la ranura N atraviesa el cabezal de sensor en cada caso a diferentes velocidades, en este caso la velocidad multiplicada por 10. En la zona de los flancos F1, F2 se muestra la dependencia de la distancia u del tiempo en forma de rampa, dado que también la ranura N en la zona de F1, F2 muestra un curso en forma de rampa. El curso en el caso de velocidad más alta 10v0 está comprimido en el tiempo.

En la figura 7 se representa de nuevo cómo puede estimarse un error en la linealización (cuando se deja de lado el término aceleración) en cortos intervalos de tiempo.

La misma ranura N se mide directamente en el tiempo de manera seguida con respecto a su distancia u. Dado que tiene lugar una aceleración regular, la medición posterior de la ranura que tiene lugar por ejemplo en la velocidad v1, está comprimida con respecto a la anterior, es decir, v1 > v0. Entre ambos eventos de medición hay una vuelta. En la linealización se supone que entre ambos eventos de medición se presentaría la misma velocidad. El periodo entre ambos eventos de medición es el tiempo que se presenta entre dos puntos del mismo flanco F1 (o F2 en cada caso) en los que la distancia es igual. El error máximo puede estimarse por consiguiente:

Av/At = (v¹-v⁰)/At.

Lista de referencias

1 Unidad de máquina herramienta

2 Unidad de estator

3 Unidad de rotor

4 Anillo sensor

5 Sensor axial

6 Anillo medidor

7 Unidad electrónica

8 Dispositivo de verificación

9 Control de máquina

10 Cubierta

11 Tapa de cojinete

12 Anillo cónico / dispositivo de sujeción de herramienta 20 Señal de referencia

21 Señal de medición

22 Operador de diferencia

23 Análisis de frecuencia

24 Búsqueda de frecuencia

25 Valoración de amplitud

A Imagen de deformación (sin viruta)

B, C Imágenes de deformación (con viruta, en diferente posición) F1, F2 Flancos en ranura-bordes

N Ranura

u Distancia

t Tiempo

vo Velocidad

A^ Diferencia de fases

a Aceleración

Claims

REIVINDICACIONES

Procedimiento para verificar el estado de sujeción de un portaherramientas y/o de una herramienta sujeta en un dispositivo (12) de sujeción de herramienta de una unidad (3) de rotor de una unidad (1) de máquina herramienta accionada por motor, en donde el portaherramientas y/o la herramienta se fija de manera separable y se asegura mediante un dispositivo (12) de sujeción de herramienta sometible a fuerza de sujeción, en donde el dispositivo de sujeción de herramienta, cuando se asegura la herramienta, se desplaza en dirección longitudinal del eje de giro, en donde el dispositivo de sujeción de herramienta está dispuesto en la cabeza de husillo de la unidad (3) de rotor, en donde la unidad de máquina herramienta presenta una unidad (2) de estator, con respecto a la cual la unidad de rotor está alojada de manera giratoria alrededor de un eje de giro, en donde el procedimiento comprende las etapas de procedimiento siguientes:

• facilitar al menos un cabezal (5) de sensor para determinar una distancia (u),

• disponer el cabezal (5) de sensor en una posición en la unidad (2) de estator,

• medir la distancia (u) del cabezal (5) de sensor de una parte de la unidad (3) de rotor,

• tomar al menos una sucesión (20, 21) temporal y/o referente a la posición de los valores de distancia medidos con el cabezal (5) de sensor,

• determinar una desviación de juego axial y/o una desviación de concentricidad y/o una modificación angular considerando exclusivamente la sucesión temporal y/o referente a la posición de los valores (u) de distancia medidos en parte de la cabeza de husillo que rota con respecto al cabezal de sensor, caracterizado por que

• se facilita una marca (N) en la unidad (3) de rotor,

• en donde el cabezal (5) de sensor registra la marca (N) en la unidad de rotor durante la medición, • en donde mediante el registro de la marca (N) mediante el cabezal de sensor se registra la velocidad actual (v⁰, v¹) de la unidad (3) de rotor,

• en donde la toma de una primera y una segunda sucesión temporal y/o referente a la posición de los valores (u) de distancia medidos con el cabezal de sensor se efectúa durante una aceleración de la rotación de la unidad (3) de rotor con respecto a la unidad (2) de estator, en particular durante el arranque de la unidad de rotor,

• en donde a los valores (u) de distancia de la primera y de la segunda sucesión (20, 21) se asocia la velocidad actual respectiva para formar un vector de sucesión a partir del valor de distancia, de la información temporal y/o referente a la posición, así como de la velocidad actual (^vü),

• en donde la información temporal y/o referente a la posición de los vectores de sucesión de la primera y/o segunda sucesión se ajusta a escala con ayuda de la velocidad (vo) actual asociada respectiva de modo que, en particular, los vectores de sucesión de las sucesiones respectivas presentan en cada caso al menos un valor de distancia en caso de posiciones coincidentes en la unidad (3) de rotor

• frenar la unidad de rotor cuando se detecta una desviación de juego axial.

Procedimiento para la verificación según la reivindicación 1, caracterizado por que la toma de una primera y una segunda sucesión (20, 21) temporal y/o referente a la posición de los valores (u) de distancia medidos con el cabezal (5) de sensor se realiza durante una aceleración de la rotación de la unidad (3) de rotor fuera de la marca (N).

Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que la unidad (3) de rotor se acelera de manera uniforme durante toda la toma.

Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que el ajuste a escala se efectúa teniendo en cuenta la aceleración (a) al determinarse las velocidades actuales (v⁰) en distintos momentos y al determinarse el tiempo entre las mediciones de velocidad.

Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que la velocidad actual (vo) de la unidad (3) de rotor se determina mediante la marca (N) al:

• facilitarse como marca (N) una que marca una sección angular determinada de la unidad (3) de rotor en la rotación, y al determinarse el tiempo que requiere el cabezal (5) de sensor para que la marca (N) en el caso de una sección angular conocida atraviese el cabezal (5) de sensor y/o

• al medirse el tiempo entre dos detecciones consecutivas de la marca (N) mediante el cabezal (5) de sensor.

6. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que como marca (N) se emplea una ranura de modo que la zona fuera de la ranura y dentro de la ranura presenta diferentes valores (u) de distancia.

7. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que la toma de la primera y/o segunda sucesión (20, 21) temporal y/o referente a la posición se efectúa durante una vuelta de la unidad (3) de rotor.

8. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que se toma una sucesión (20, 21) temporal y/o referente a la posición de valores (u) de distancia que se emplea como medición de referencia, en el caso de una herramienta y/o portaherramientas sujeto de forma ideal, en particular antes del primer proceso de mecanizado mediante la unidad (1) de máquina herramienta y/o después de un proceso de limpieza, preferiblemente de manera individual para cada herramienta empleada y/o para cada portaherramientas empleado.

9. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que se toma una sucesión (20, 21) temporal y/o referente a la posición de valores (u) de distancia en la sujeción de la herramienta y/o portaherramientas en el arranque de la unidad (3) de rotor para alcanzar una situación operativa, en particular, en una situación operativa posterior en comparación con la medición de referencia, que se emplea como medición de comparación para la medición de referencia.

10. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que la marca (N) se emplea como punto inicial y a las sucesiones de valores de distancia se asocia el punto inicial para la valoración para poder asociar entre sí los valores de distancia de distintas sucesiones (20, 21) en particular en la obtención de la diferencia (22) y/o la transformada de Fourier (23).

11. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que mediante al menos uno de los siguientes cálculos se determina una sucesión de valoración de valores:

• una obtención de la diferencia (22) entre dos de las sucesiones temporales (20, 21) y a continuación una transformada de Fourier (23), en particular una transformada de Fourier discreta, preferiblemente una FFT y/o una DFT de la diferencia formada previamente de la primera y segunda sucesión (20, 21) temporal y/o referente a la posición y/o

• una transformada de Fourier, en particular una transformada de Fourier discreta, preferiblemente una FFT y/o DFFT, en cada caso de las sucesiones y a continuación una obtención de la diferencia entre las sucesiones (20, 21) temporales en cada caso con transformadas de Fourier y/u • obtención del valor promedio de las sucesiones temporales y/o referentes a la posición con obtención de la diferencia subsiguiente entre los valores promedio.

12. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que en la sucesión de valoración se busca una desviación o al menos dos desviaciones (24, 25) que superan un valor umbral predeterminado, y en el caso de la superación del valor umbral se supone una modificación de juego axial y/o una modificación de concentricidad y/o una modificación angular.

13. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que en la sucesión de valoración, en particular en la transformada de Fourier en el caso de un valor de frecuencia que corresponde al número de revoluciones por unidad de tiempo de la unidad de rotor, el valor de diferencia de las distancias se compara con un valor umbral y en el caso de superar el valor umbral se supone una modificación de juego axial y/o una modificación de concentricidad y/o una modificación angular.

14. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que de la diferencia de dos de las sucesiones (20, 21) temporales y/o referentes a la posición se determina un traslado de la unidad de rotor y/o del eje de giro.

15. Procedimiento para la verificación según una de las reivindicaciones anteriormente mencionadas, caracterizado por que la determinación de si se presenta/presentan una modificación de juego axial, en particular un error de juego axial y/o una modificación de concentricidad, en particular una excentricidad, y/o una modificación angular, en particular un error angular, se lleva a cabo mediante inteligencia artificial al deducirse en particular mediante aprendizaje automático de las sucesiones (20, 21) el error y/o la modificación.